摘要：為對船舶繞避熱帶氣旋的航行方案進行效益評價，提出船舶繞避熱帶氣旋方案的效益及其評估的概念，給出一種對船舶繞避熱帶氣旋方案效益進行評估的方法.實例計算分析結(jié)果表明，應(yīng)用該方法計算得到的船舶繞避熱帶氣旋效益值和效益系數(shù)，可較為直觀有效地對船舶繞避熱帶氣旋方案的效益進行評估，可為航運企業(yè)繞避TC工作提供參考，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益.

關(guān)鍵詞：船舶；繞避熱帶氣旋方案；效益評估

中圖分類號：U698.91 文獻標志碼：A

Benefit evaluation for ship's avoidance routing of tropical cyclone

WU Jin-long，MA Ke-xin，FAN Zhong-zhou，LIU Da-gang，LIU Zheng-jiang

(1. Navigation College， Dalian Maritime University，

Dalian 116026，China; 2. Tianjin Marine Vocational Institute，Tianjin 300457，China)

Abstract: To give a benefit evaluation for ship's avoidance routing of tropical cyclone(TC)，the concepts of benefit and its evaluation for ship's avoidance routing of TC were put forward，and a method of benefit evaluation for ship's avoidance routing of TC was given. Calculation results show that the benefit value and benefit coefficient obtained by the proposed method can be used to intuitively evaluate the benefit of ship's avoidance routing of TC，which can provide references to ship's avoidance routing of TC，so as to improve the economic efficiency for shipping companies.

Key words: ship; avoidance routing of tropical cyclone; benefit evaluation

0 引 言

船舶在海上遭遇熱帶氣旋（TC）時，一般采取海上機動繞避的方法，以避免船舶和貨物損失.航運企業(yè)每年也都會因此而產(chǎn)生額外的航時損失[1].但從另一個角度來說，正是由于船舶采取了積極主動的繞避TC的措施，使得船舶和航運企業(yè)避免了被動地等到TC大風(fēng)浪來襲時方采取措施，進而減少了船舶可能發(fā)生的更多的繞航或等待時間及燃油消耗，提高了企業(yè)的經(jīng)營效益.

目前，各航運企業(yè)在年度總結(jié)時，都對繞避TC產(chǎn)生的航時損失進行計算，卻沒有對采取積極的繞避TC措施帶來的經(jīng)濟效益進行評估.為彌補該方面的不足，本文提出船舶繞避TC方案效益的概念和評價方法，為航運企業(yè)提供分析和總結(jié)繞避TC工作時的參考.

1 船舶繞避熱帶氣旋方案效益的概念

效益問題是指人們在從事生產(chǎn)性活動時，為了解預(yù)先投人的資源所產(chǎn)生的效果及資源優(yōu)化配置的程度而進行的對資源耗費和所產(chǎn)生的效果之間關(guān)系的評價[2].

船舶繞避TC方案的效益是指航行過程中，船舶在可能受到TC影響時，根據(jù)氣象部門提供的TC強度和路徑預(yù)報，采取合理的、能夠保證船舶安全的繞避方案所花費的費用與其所產(chǎn)生的效果之間的關(guān)系，用公式表示為

B=f(C，E) (1)

其中：B為船舶繞避TC方案的效益；C為船舶繞避TC所花費的費用；E為船舶繞避TC所獲得的有效效果；f為效益與費用和效果之間的關(guān)系.船舶繞避TC方案效益可定義為船舶在繞避TC時通過執(zhí)行某繞航方案使額外損失減小的效果或程度.

2 船舶繞避TC方案效益評估的基本原則

在對船舶繞避TC方案進行效益評價時應(yīng)該注意，進行效益評估的方案均為能夠確保航行安全的方案，因此在所討論的額外損失中，不考慮生命、沉船、貨品損壞等方面的損失，故這些損失也可稱為非事故性損失[3].在繞避TC時，通常會采用繞航、滯航和錨泊等方法，這樣就會造成比原航行方案在時間上的延長或油耗的增多.這些時間和油耗的損失，即是所要研究的額外損失.

若在同一次航行中，已知n個繞避TC的方案，行駛的時間和油耗已知，則可以將額外損失的時間和油耗統(tǒng)一換算成某種貨幣，貨幣金額的大小即代表各自方案的額外損失[4].對額外損失的金額大小進行比較，可以直觀比較減損效益的大小.但若想進一步知道某兩個繞避TC方案的減損效益金額所表示的其各自在其方案中減小額外損失的效果或程度，只用這些絕對的數(shù)值來代表效益，顯得不夠完整.為此，引入效益百分率的概念，用相對數(shù)的方法來研究和比較繞避TC方案的效益，并用百分比來進行衡量[5].

3 船舶繞避TC方案效益的評估方法

3.1 船舶繞避TC方案額外損失費用的計算

考慮船租金和油耗的損失，使用以下公式計算船舶繞避熱帶氣旋的額外損失：

C=C′－C0=(D′－D0)·(F+p·f0) (2)

其中：F為船舶日租金；p為單位油價；f0為船舶日耗油量；D0~D′和D′—D分別為原計劃方案、繞避TC方案及額外損失的航時；C0、C′和C分別為原計劃方案、繞避TC方案及額外損失的費用.求出相應(yīng)的C值，就可以直觀地了解每個方案的額外損失費用，進而比較出不同方案額外損失的大小差異.

3.2 船舶繞避TC方案效益和效益系數(shù)的計算

定義船舶所實施的繞避TC方案的效益值與可能遭受最大額外損失的百分比為繞避TC方案的效益系數(shù)，即

其中：Mi為船舶繞避TC方案i的效益系數(shù)；Ci為因船舶被迫采取某一繞避TC方案i航行與無TC時正常航行相比所產(chǎn)生的額外損失；Bi為船舶繞避TC方案效益值，即采取某一繞避TC方案i后，與可能遭受的最大額外損失相比所減少的損失金額.

由式(3)可得到計算船舶繞避TC效益的公式

設(shè)G=Ci+Bi，則G即為船舶在繞避TC時可能的最大額外損失.若有幾個方案為同一次航行不同決策因素下的方案，那么對任意的i，即任何一個方案i（i=1，2，…，n），其G值即最大額外損失是相同的.如此，式(3)又可表示為

式(5)表明，效益系數(shù)Mi實際上為采取繞避TC方案i所減少的損失值與最大可能損失值的百分比.

從對實際繞避TC決策過程和有關(guān)部門事后總結(jié)的調(diào)查中了解到，船舶繞避TC方案效益的百分率或效益系數(shù)與以下幾個因素有關(guān)：繞避TC方案執(zhí)行人(即船長)執(zhí)行繞避航行方案態(tài)度的積極與否、船長經(jīng)驗的多少、TC路徑預(yù)報的準確率，等等.據(jù)此，可建立以下確定船舶繞避TC方案效益系數(shù)的關(guān)系式：

其中，m為比例系數(shù).對于同一次繞避TC過程，m值相同；以為必然損失率(0<d<1)；xi、yi、zi為決策影響因子，xi為船舶繞避TC方案決策人的態(tài)度，即船長是否積極地準備并采取繞航措施；yi為船舶繞避TC方案決策人能力，該處以船長任職時間(經(jīng)驗)長短來衡量；zi為TC路徑預(yù)報的準確性，該處用24 h TC預(yù)報位置的誤差來衡量，xi、yi、zi用模糊數(shù)表示，具體取值方法見表1~3.

表1 xi的取值范圍及意義

表2 yi的取值范圍及意義

表3 zi的取值范圍及意義

決策影響因子xi、yi、zi取值被定義在(0，1]區(qū)間.同一影響因子取不同值時表示其影響程度不同.

d為必然損失率(0<d<1).d用來保證在決策影響因子xi=yi=zi=0情況下，額外損失Ci≠0；而1－d表示減小損失的最大程度.

可以看出，對于同一次繞避TC過程，即對于相同的m和d的值，只要知道兩個不同繞航方案的額外損失值Ci和決策影響因子xi、yi、zi的值，就可以求出相應(yīng)繞航方案的效益值Bi和效益系數(shù)Mi.

若已知對于同一次繞避TC過程，有方案I和方案II可供選擇.設(shè)該兩個方案的額外損失值和決策影響因子分別為：

方案I：C1、x1、y1、z1

方案II：C2、x2、y2、z2

由式(3)、(6)，且

G=C1＋B1=C2＋B2 (7)

所以

聯(lián)立方程(7)、(8)可以解出B1和B2的值，進而可以求出M1和M2的值.

4 實例計算

4.1 船舶繞避TC過程

2009年10月2日1200UTC，強臺風(fēng)T0917芭瑪(Parma)位于15.8° N、124.7° E，近中心最大風(fēng)力80 kn(13級)，10級大風(fēng)半徑60 n mile，7級大風(fēng)半徑200~240 n mile，如圖1所示.“鴻福”號為巴拿馬型散貨船，載重噸為7萬余噸，船長230 m，航速13.5 kn.該船當時位于25.0°N、123.5°E，前往新加坡.此時，收到來自中國、日本和美國的TC路徑預(yù)報，連同原計劃航線繪于圖2中.圖2中，自0212 h TC位置伸向NW方向有3條不同的TC路徑，分別為中國、日本、美國對T0917未來72 h的路徑預(yù)報，在圖2中分別以小方塊、小圓點和大方塊表示.

根據(jù)TC路徑預(yù)報，考慮兩個不同的航行方案，一個是主動及早采取對TC的繞避行動，改向290°航行，然后從臺灣海峽里面南下；另一個則是不采取主動繞避，按計劃航線繼續(xù)航行，等到非要采取繞航措施時再定.

12 h后，即0300UTC，船舶若按照前述兩個不同航行方案航行，可到達新的船位，同時，收到新的TC路徑預(yù)報.具體情況如圖3所示.

圖3中，3個不同的氣象部門對T0917的路徑預(yù)報都是先向NW然后轉(zhuǎn)向臺灣東面.這時，繼續(xù)從臺灣東面南下的方案II明顯存在危險，必須采取繞避措施，因此，決定轉(zhuǎn)向15°向回行駛，從臺灣北部進入臺灣海峽南下；而對從臺灣海峽里面航行的方案I來說，也發(fā)現(xiàn)問題，即按照氣象部門的TC路徑預(yù)報，到0400UTC，其預(yù)計船位將與TC中心的相對距離只有180 n mile，會進入T0917的7級大風(fēng)范圍，存在一定的危險.因此，航行方案應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整，即在臺灣海峽里面沿225°航行時，還要再多航行一段，然后轉(zhuǎn)向210°.

至0312UTC，各氣象臺仍預(yù)報T0917將轉(zhuǎn)向NE，然后再向E.因此，按照方案I，船舶可以繼續(xù)向225°航行，等經(jīng)過T0917的正橫后再轉(zhuǎn)向210°；而這時，按照方案II航行，船舶還沒有進入臺灣海峽，但航行方案屆時還要做相應(yīng)調(diào)整.具體情況如圖4所示.

至0400UTC，各家的預(yù)報突然發(fā)生了很大改變，均預(yù)報T0917將先向N，然后向SW方向移動.但這時，按照方案I航行，船舶已接近T0917的正橫，可以轉(zhuǎn)向210°航行，等T0917再轉(zhuǎn)向W和SW時，船舶已擺脫其影響；但若按方案II航行，則因為到0500 h船舶才接近T0917正橫，而這時T0917才開始轉(zhuǎn)向W，因此，航行方案II要調(diào)整為再往W偏一些，然后再轉(zhuǎn)向250°，具體情況如圖5所示.

至0500h，無論按照方案I還是方案II進行繞航，船舶均已脫離了T0917的影響.至此，該船繞避TC過程基本結(jié)束.

4.2 船舶繞避TC的額外損失費用

原計劃航行方案的航程為622.1 n mile，航時為46.1 h，合1.92 d.對方案I，航程為923.4 n mile，航時為68.4 h，合2.85 d；對方案II，航程為1221.5 n mile，航時為90.5 h，合3.77 d.已知“鴻福”船當時租金為2.4萬美元/d，該輪油耗為31 t/d，當時油價為480美元/t.將其額外損失換算成美元，則

原計劃航行方案：C0=7.47萬美元；

方案I：C′1=11.08萬美元，C1=3.61萬美元；方案II：C′2=14.66萬美元，C2=7.19萬美元.

由此可知，方案I的額外損失為3.61萬美元，方案II的額外損失為7.19萬美元.顯然方案I的額外損失相對較小.

4.3 船舶繞避TC的效益和效益系數(shù)

根據(jù)前面提出的效益和效益系數(shù)的計算方法來進行分析比較.

方案I為積極方案，令其相應(yīng)參數(shù)為：M1、C1、B1、x1、y1、z1；方案II為不積極方案，令其相應(yīng)參數(shù)符號為：M2、C2、B2、x2、y2、z2.

根據(jù)前面的計算，有

C1=3.61萬美元、x1=1.0、y1=1.00、z1=0.75

C2=7.19萬美元、x2=0.1、y2=0.55、z2=0.75

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，有

解得

B1=3.79萬美元，B2=0.21萬美元

M1=51%，M2=3%

表4為實例計算結(jié)果.從表4可以看出，方案I和方案II的效益值分別為3.79、0.21萬美元；方案I的效益系數(shù)或損失減小的程度為51%，而方案II損失減小的程度僅為3%.因此，繞避熱帶氣旋方案I的效益非常大.從表4還可以看出，方案I與方案II的zi值，即氣象臺對該TC的預(yù)報準確率是相同的，效益值和效益系數(shù)出現(xiàn)差異的原因主要是決策人的態(tài)度和經(jīng)驗上的差異.由此可見，態(tài)度積極并且經(jīng)驗豐富的決策人做出的繞避TC方案的效益值或額外損失減小的程度和效益系數(shù)一般都會更大，這與實際情況相符.

表4 實例計算結(jié)果

5 結(jié) 論

(1)對船舶繞避TC方案進行效益評估，可以為航運企業(yè)在總結(jié)防抗、繞避TC經(jīng)驗時，對船舶所實施的繞避TC方案的有效性進行評價，從中總結(jié)船舶繞避TC方案的優(yōu)劣性，達到提高繞避TC方案制定效益水平，進而提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目的.

(2)在熱帶氣旋路徑預(yù)報準確率相同條件下，效益值和效益系數(shù)大小主要決定于決策人的態(tài)度和經(jīng)驗，態(tài)度積極并且經(jīng)驗豐富的決策人做出的繞避TC方案的效益值和效益系數(shù)都會更大些.

參考文獻(References)：

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作者：吳金龍，馬軻馨，范中洲，劉大剛，劉正江  來源：大連海事大學(xué)學(xué)報